基于电湿效应的双液体透镜.PDFVIP

维普资讯 第26卷第 6期 大 学 物 理 Vo1．26 NO．6 2007年6月 C0LLEGE PHYSICS June 2007 基于电湿效应的双液体透镜 祝 澄，彭润玲，陈家璧 (上海理工大学光学与电子信息工程学院，上海 200093) 摘要：介绍了一种新型的、基于电湿效应的双液体透镜的发展历史、结构原理，通过改变外加电压的大小以调节透镜的焦 距，从而达到无机械运动变焦的目的．推导并分析了两种液体透镜模型的焦距与外加电压的关系． 关键词：电湿效应；液体透镜；变焦 中图分类号：0 435．2 文献标识码：A 文章编号：1000—0712(2007)06．0057．06 过去的40年中，照相机产业蓬勃发展，透镜光 距 ，’]．前4种液体透镜均为单液体透镜结构，制作 学系统的设计不断得到优化．时至今日，该产业的三 较为简单，但是功能实现比较复杂．而第5种透镜响 大发展趋势为：1)图像传感器尺寸日趋微型化；2) 应速度快，变焦时连续性好、体积小、重量轻、功耗 像素的需求愈益增大；3)低端民用产品的微型化． 低，并且所有部件可做成一体化，透镜的抗震性很 由于传统机械运动透镜组的结构复杂、造价昂贵，并 好，本文重点介绍这种透镜． 且已濒临所能达到尺寸的极限而不能满足产业发展 1875年，利普曼(G Lippmann)研究了电毛细现 的需求，科学家们开始着手寻找新型的透镜．液体透 象(electrocapilary)，解释了通电后电解质溶液中水 镜就是其中一种，它相较于其他新型透镜而言，是最 银液滴表面形状的变化 ．1936年，弗罗姆凯恩 为简单、成像质量较好的一种． (Froumkine)将同样的思想应用于电湿现象 ，说明 了在电解质与金属接触面上的电子是如何改变它们 1 液体透镜的发展概况 之间接触角的．上世纪末，戈曼(Gorman)等人将液 体置于透明电极之上，通过外加电压改变了液滴表 最早的液体透镜模型可以追溯到17世纪，当时 面形状，第一次实现了基于电湿效应的变焦液体透 史蒂芬·格雷(Stephan Gray)用液滴作为透镜制作 镜n ．之后科学家深入研究了优化变焦液体透镜的 了显微镜…．他在平板上钻孔以固定液滴，通过改变 结构设计，比如利用几何方法使透镜的光轴固定在 钻头直径的大小从而改变液滴的曲率半径，以改变 中心，通过在电极与电解质液体间增加厌水介电层， 透镜的放大倍率．根据工作原理以及透镜结构，目前 并调节其厚度可以增大透镜的变焦范围等．近几年 实现液体透镜的方式大致可以分为5类：1)由平 来，Philips 和 Varioptic 公司都研制出可自动对 板、固定体积的液体和弹性薄膜组合而成夹层结 焦、变焦的液体透镜，并已有产品问世． 构 ，通过改变薄膜外围尺寸的大小从而改变透镜 的曲率半径，以实现对光线的汇聚或发散；(2)通过 2 双液体透镜的原理和结构 诸如注射器之类的液泵装置